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¿Qué es LID en paneles solares? (frente a las tecnologías PID + Anti-LID explicadas)

A medida que profundice en las especificaciones o el rendimiento de los paneles solares, probablemente encontrará el término LID, que se confunde fácilmente con otro término PID.

Esta publicación explicará qué es exactamente el LID en los paneles solares y en qué se diferencia del PID. También aprenderá algunas estrategias de mitigación para este fenómeno, así como algunas tecnologías avanzadas anti-LID empleadas en productos de paneles.

Degradación inducida por la luz (LID) en paneles solares

¿Qué es LID en paneles solares?

LID es un acrónimo de degradación inducida por la luz.

Clasificado como un tipo de mecanismo de degradación, LID. Normalmente ocurre en paneles solares de silicio cristalino (c-Si) de tipo p.. Se refiere al fenómeno donde el rendimiento de los paneles disminuye cuando son primera exposición a la luz solar. 

Esta degradación generalmente ocurre dentro de las primeras horas o días de exposición cuando el panel se desempaqueta o simplemente se instala en el sitio. Durante este período, el panel puede experimentar aproximadamente entre un 1% y un 3% de pérdida de energía, pero en algunos casos puede ser mayor dependiendo del tipo de silicio utilizado y la calidad del proceso de fabricación.

Después de este período inicial, que a menudo se describe como "estabilización de energía", la degradación continúa, pero el ritmo se desacelerará significativamente y generalmente se cuenta por año.

Para la mayoría de los paneles solares de c-Si, la tasa de degradación anual debido al LID generalmente oscila entre el 0.25% y el 0.65% por año. Mientras que algunos productos de paneles avanzados pueden tener tasas de degradación anual más bajas, alrededor del 0.25% anual.

¿Qué causa la TAPA?

La causa principal de la LID es la formación de complejos de boro-oxígeno (BO)1 in dopado con boro Paneles de c-Si tipo p, que atrapan pares de huecos de electrones que de otro modo contribuirían a la generación de energía.

La siguiente es una explicación detallada del proceso.

Las obleas de silicio utilizadas en la fabricación de células solares suelen estar dopadas con boro (B) para crear semiconductores de tipo p. Durante el proceso de dopaje, se introducen átomos de boro en la red cristalina de silicio para crear "agujeros" que son portadores de carga positiva, esenciales para la unión pn.

Por otro lado, las obleas también suelen contener una pequeña cantidad de oxígeno (O) que puede introducirse durante el proceso Czochralski utilizado en la fabricación. A diferencia de los átomos de boro, estos átomos de oxígeno ocupan sitios intersticiales en la red de silicio.

Cuando las células se exponen inicialmente a la luz solar, los fotones generan pares de electrones-huecos en el silicio. Esta energía de excitación permite que los átomos de boro y oxígeno se vuelvan móviles y formen complejos BO, que introducen estados defectuosos en la red de silicio.

Estos defectos actuar como recombinación Los centros para los pares electrón-hueco generan fotones, lo que significa que cuando un electrón y un hueco encuentran un complejo BO, se recombinan en lugar de contribuir a la corriente eléctrica. 

En otras palabras, esta recombinación Reduce el número de portadores de carga disponibles para generar corriente., disminuyendo así la eficiencia general y el rendimiento del panel.

¿Qué pasa con el PID? ¿En qué se diferencia LID del PID?

PID es otro mecanismo de degradación del panel, que es una abreviatura de Posible degradación inducida.

Se refiere a un fenómeno en el que las corrientes eléctricas no fluyen a lo largo del camino definido, sino que se mueven a través de la cubierta, el revestimiento, el material encapsulante o el marco, provocando una degradación de la eficiencia y el rendimiento. 

Mientras que la LID se desencadena por la exposición inicial a la luz solar, la PID es inducida por una combinación de alto voltaje, temperatura elevada y alta humedad, lo que conduce a la migración de iones y la polarización de la superficie.

En términos de sincronización e impacto, la LID ocurre en un corto período de tiempo y resulta en una pérdida de energía inicial que se estabiliza con el tiempo. Por el contrario, la EPI puede desarrollarse durante un período más largo y, a menudo, no se nota inmediatamente al comienzo de la operación. Además, el PID puede provocar una pérdida de potencia significativa y progresiva si no se mitiga a tiempo.

¿Cómo mitigar la LID en paneles solares? (Estrategias y tecnologías)

Aunque la LID puede no ser tan grave como la PID, los fabricantes y expertos de la industria están trabajando para mitigar sus impactos, lo cual es de gran importancia para optimizar la longevidad y maximizar la eficiencia de los sistemas solares.

Preacondicionar los paneles solares

Antes de su instalación, exponga los paneles solares a la luz en un ambiente controlado mediante pruebas de flash o inmersión en luz. Este proceso puede ayudar a estabilizar el rendimiento de los paneles al inducir y luego mitigar la degradación inicial de manera controlada. Esto eventualmente ayuda a lograr un funcionamiento estable del sistema.

Utilice materiales antidopaje alternativos

Una causa principal de LID es la presencia de boro en el silicio. Utilizando materiales dopantes alternativos, se puede evitar la formación de complejos BO. 

El silicio dopado con galio, por ejemplo, no muestra el mismo nivel de degradación que el silicio dopado con boro, es decir, lo que lleva a una susceptibilidad reducida a la LID.

Cumplir con los estándares de la industria

Es crucial cumplir con los estándares de la industria, como IEC 61215 durante los procesos de fabricación de paneles. Esta práctica garantiza que los paneles solares cumplan con estrictos criterios de rendimiento, consistencia y confiabilidad, incluidos los relacionados con LID.

Optimice los procesos de fabricación

Mejorar los procesos generales de fabricación puede contribuir a reducir el LID. Implica un control cuidadoso de los niveles de oxígeno para garantizar una baja contaminación de oxígeno en las obleas y la optimización de las temperaturas y duraciones empleadas para el recocido de las obleas de silicio para reducir la formación de defectos.

Diagrama de bloques de los estados y procesos de defectos relacionados con BO LID
Los estados y procesos de defectos relacionados con BO LID. | Vaqueiro-Contreras M, Markevich VP, Coutinho J, et al. Identificación del mecanismo responsable de la degradación inducida por la luz de boro y oxígeno en células fotovoltaicas de silicio. Revista de física aplicada. 2019;125(18). doi: https://doi.org/10.1063/1.5091759

Opte por paneles solares tipo n

Las obleas tipo n normalmente se benefician de ciertos procesos de fabricación que pueden dar como resultado un menor contenido de oxígeno, minimizando así la formación de defectos. Además, los paneles tipo n están dopados con fósforo, que no forma complejos defectuosos similares con el oxígeno como en los paneles tipo p. Estas propiedades evitan en gran medida la causa principal de LID en paneles tipo p.

Además, la vida útil de los portadores minoritarios en el silicio tipo n es inherentemente mayor en comparación con el silicio tipo p. Esto también contribuye a menos pérdidas por recombinación y menos defectos.

Implementar tecnologías de pasivación avanzadas

Las tecnologías de pasivación ayudan a estabilizar la superficie del silicio y reducir las pérdidas por recombinación. Su implementación ofrece un camino sólido para mitigar la LID en los paneles solares.

Al integrarse con pasivación de superficies de alta calidad a través de materiales como nitruro de silicio (SiNx), óxido de silicio (SiO2) y óxido de aluminio (Al2O3), y aprovechar arquitecturas de celdas avanzadas como PERC, PERT, TOPCon y HJT, los fabricantes de paneles pueden mejorar significativamente la estabilidad, eficiencia y longevidad de sus productos.

¿Son los paneles solares de película delgada susceptibles a la LID?

Los paneles solares de película delgada son en gran medida inmunes a los efectos LID tradicionales que se observan en los paneles de silicio cristalino. Esta inmunidad se atribuye principalmente a la ausencia de formación de complejo BO.

Sin embargo, los paneles de película delgada aún pueden presentar otras formas de degradación.

Por ejemplo, los paneles de película delgada de silicio amorfo (a-Si) pueden experimentar otra forma de degradación inducida por la luz conocida como efecto Staebler-Wronski. Por lo general, se estabiliza después de la exposición inicial a la luz y generalmente no se degrada más.

Película fina de CdTe y CIGS Los paneles son inherentemente menos propensos a la degradación inducida por la luz que se observa en los paneles c-Si. Sin embargo, todavía experimentan otras formas de degradación con el tiempo.

Conclusión

LID parece ser una característica inherente de los paneles solares c-Si, particularmente los de tipo p.

Después del período inicial, la pérdida de energía de los paneles causada por LID aún puede acumularse hasta alcanzar una cifra no pequeña. La industria continúa haciendo esfuerzos para minimizar sus impactos a través de enfoques multifacéticos.

Aunque a menudo no se indica explícitamente en el manual de especificaciones de un panel solar, los fabricantes son responsables de proporcionar información clara y transparente sobre las especificaciones LID de sus paneles.

Se recomienda a los propietarios de empresas solares y desarrolladores de proyectos que estén atentos a los últimos avances en las tecnologías de mitigación de LID para proporcionar un rendimiento más sólido de los paneles.

  1. Markevich VP et al. Complejo boro-oxígeno responsable de la degradación inducida por la luz en células fotovoltaicas de silicio: una nueva visión del problema ↩︎

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